(57)【要約】【課題】  電気信号を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一する。【解決手段】  撮像装置１は、入射光を電気信号に線形変換する線形変換モードと、対数変換する対数変換モードとを入射光量に基づいて切り換える複数の画素Ｇ11〜Ｇmnを有する撮像素子２と、電気信号に対して信号処理を行う信号処理部３とを備え、信号処理部３は、対数変換モード由来の電気信号を線形変換モード由来の状態に変換する特性変換を行う複数の第１〜第４変換テーブル３６ａ〜３６ｄを、各駆動条件の各変域に対応付けて備え、これら複数の第１〜第４変換テーブル３６ａ〜３６ｄのうち、撮像時の駆動条件に対応する第１〜第４変換テーブル３６ａ〜３６ｄで特性変換を行う。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を電気信号に線形変換する線形変換モードと、対数変換する対数変換モードとを入射光量に基づいて切り換える複数の画素を有する撮像素子と、
電気信号に対して信号処理を行う信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、
前記対数変換モード及び前記線形変換モードの一方の変換モード由来の電気信号を、他方の変換モード由来の状態に変換する特性変換を行う複数の特性変換部を、各駆動条件の各変域に対応付けて備え、
これら複数の特性変換部のうち、撮像時の前記駆動条件に対応する前記特性変換部で前記特性変換を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置において、
複数の前記信号処理部を、各画素に対応付けて備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の撮像装置において、
前記線形変換モードと前記対数変換モードとが切り換えられる境界での変曲出力信号値を導出する変曲信号導出部を備え、
前記信号処理部は、前記撮像素子からの出力信号の信号値と前記変曲出力信号値との大小に基づいて、前記撮像素子からの出力信号が前記一方の変換モード由来の電気信号である場合にのみ、前記信号処理を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３記載の撮像装置において、
前記変曲信号導出部は、前記駆動条件に基づいて前記変曲出力信号値を導出することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項３または４記載の撮像装置において、
前記変曲信号導出部は、前記駆動条件と前記画素についての画素情報とに基づいて前記変曲出力信号値を導出することを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の撮像装置において、
前記変曲信号導出部は、少なくとも前記駆動条件の入力によって前記変曲出力信号値を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項４または５記載の撮像装置において、
前記変曲信号導出部は、少なくとも前記駆動条件の入力によって前記変曲出力信号値を導出する演算器を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の撮像装置において、
前記駆動条件は、撮影時の温度と、前記画素の露光時間と、前記画素に対する制御電圧との少なくとも１つであることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を電気信号に変換する撮像素子を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラ等の撮像装置には、入射光を電気信号に変換する複数の画素を有する撮像素子が設けられている。これら複数の画素は、入射光量に基づいて電気信号への変換モードを切り換えるようになっており、より詳細には、入射光を電気信号に線形変換する線形変換モードと、対数変換する対数変換モードとを切り換えるようになっている。また、撮像素子の後段には、対数変換モード由来の電気信号を線形変換モード由来の状態に変換するか、或いは線形変換モード由来の電気信号を対数変換モード由来の状態に変換する特性変換を行う信号処理部が設けられており、電気信号全体を線形変換モード由来または対数変換モード由来の状態に統一して電気信号の処理を容易化するようになっている。
【０００３】
このような撮像素子によれば、線形変換モードのみを行う撮像素子と比較して電気信号のダイナミックレンジが広くなるため、輝度範囲の広い被写体を撮影した場合であっても、全輝度情報を電気信号で表現することができる。
【０００４】
ところで、上記の複数の画素は、画素の違いに起因して、入出力特性にばらつきを有している。そのため、このようなばらつきを解消する方法として、各画素からの出力を補正して基準出力値に一致させる方法がある（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２９８７９９号公報
【特許文献２】特開平５−３０３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献に開示の補正方法では、撮影条件や環境条件などの駆動条件によって入出力特性が変動する場合に、基準条件における基準出力値と、実際の画素の出力値とのズレを補正することができない。そのため、電気信号全体を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができない。
【０００６】
本発明の課題は、電気信号を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、撮像装置において、
入射光を電気信号に線形変換する線形変換モードと、対数変換する対数変換モードとを入射光量に基づいて切り換える複数の画素を有する撮像素子と、
電気信号に対して信号処理を行う信号処理部とを備え、
前記信号処理部は、
前記対数変換モード及び前記線形変換モードの一方の変換モード由来の電気信号を、他方の変換モード由来の状態に変換する特性変換を行う複数の特性変換部を、各駆動条件の各変域に対応付けて備え、
これら複数の特性変換部のうち、撮像時の前記駆動条件に対応する前記特性変換部で前記特性変換を行うことを特徴とする。
【０００８】
ここで、撮像素子の駆動条件としては、外部条件と撮像条件とがある。外部条件としては温度などがあり、撮像条件としては画素の露光時間や制御電圧などがある。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、撮像素子の少なくとも１つの駆動条件に起因して当該撮像素子の入出力特性が変動する場合に、この撮像素子から出力される電気信号の特性変換を、撮像時の駆動条件に対応する特性変換部で行うので、電気信号を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる。
なお、駆動条件の変域は、１つの値のみを含むこととしても良い。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の撮像装置において、
複数の前記信号処理部を、各画素に対応付けて備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、信号処理部を各画素に対応付けて備えるので、画素毎に光電変換の変換特性や、入出力特性の変動量が異なる場合であっても、電気信号全体を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の撮像装置において、
前記線形変換モードと前記対数変換モードとが切り換えられる境界での変曲出力信号値を導出する変曲信号導出部を備え、
前記信号処理部は、前記撮像素子からの出力信号の信号値と前記変曲出力信号値との大小に基づいて、前記撮像素子からの出力信号が前記一方の変換モード由来の電気信号である場合にのみ、前記信号処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、撮像素子からの出力信号が前記一方の変換モード由来の電気信号である場合にのみ、信号処理部が信号処理を行うので、出力信号が前記他方の変換モード由来の電気信号である場合、つまり、前記一方の変換モードに由来の電気信号を他方の変換モードに由来の状態に変換する必要のない場合には、特性変換や変動補正などの信号処理が行われない。従って、無駄に信号処理を行う手間を省くことができるため、処理を高速化することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の撮像装置において、
前記変曲信号導出部は、前記駆動条件に基づいて前記変曲出力信号値を導出することを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、駆動条件に基づいて変曲出力信号値を導出するので、変曲出力信号値の導出を正確に行うことができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項３または４記載の撮像装置において、
前記変曲信号導出部は、前記駆動条件と前記画素についての画素情報とに基づいて前記変曲出力信号値を導出することを特徴とする。
【００１７】
ここで、画素情報としては、画素のＩＤナンバー等の固有情報や、撮像素子中での位置情報などを用いることができる。
請求項５記載の発明によれば、駆動条件及び画素情報に基づいて変曲出力信号値を導出するので、変曲出力信号値の導出を正確に行うことができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の撮像装置において、
前記変曲信号導出部は、少なくとも前記駆動条件の入力によって前記変曲出力信号値を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、ルックアップテーブルによって変曲出力信号値を導出するので、演算によって導出する場合と比較して、変曲信号導出部の構成を簡素化するとともに、導出処理を高速化することができる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項４または５記載の撮像装置において、
前記変曲信号導出部は、少なくとも前記駆動条件の入力によって前記変曲出力信号値を導出する演算器を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項７記載の発明によれば、請求項４または５記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７の何れか一項に記載の撮像装置において、
前記駆動条件は、撮影時の温度と、前記画素の露光時間と、前記画素に対する制御電圧との少なくとも１つであることを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の発明によれば、請求項１〜７の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１記載の発明によれば、電気信号を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる。
【００２５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、電気信号全体を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる。
【００２６】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、処理を高速化することができる。
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、変曲出力信号値の導出を正確に行うことができる。
【００２７】
請求項５記載の発明によれば、請求項３または４記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、変曲出力信号値の導出を正確に行うことができる。
【００２８】
請求項６記載の発明によれば、請求項４または５記載の発明と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、変曲信号導出部の構成を簡素化するとともに、導出処理を高速化することができる。
【００２９】
請求項７記載の発明によれば、請求項４または５記載の発明と同様の効果を得ることができる。
請求項８記載の発明によれば、請求項１〜７の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。
【００３１】
この図に示すように、撮像装置１は、レンズ群１０及び絞り１１を介して入射光を受光する撮像素子２を備えている。これらレンズ群１０及び絞り１１としては、従来より公知のものが用いられている。
【００３２】
撮像素子２は、図２に示すように、行列配置（マトリクス配置）された複数の画素Ｇ11〜Ｇmn（但し、ｎ，ｍは１以上の整数）を有している。
各画素Ｇ11〜Ｇmnは、入射光を光電変換して電気信号を出力するものである。これら画素Ｇ11〜Ｇmnは、入射光量に基づいて電気信号への変換モードを切り換えるようになっており、本実施の形態においては、図３に実線で示すように、所定入射光量ｔｈ未満の入射光量に対しては入射光を線形変換する線形変換モードを、所定入射光量ｔｈ以上の入射光量に対しては入射光を対数変換する対数変換モードを行うようになっている。
【００３３】
ここで、線形変換モードと対数変換モードとが切り換えられる境界、いわゆる変曲点は撮像素子２における画素Ｇ11〜Ｇmnの駆動条件、例えば撮影時での露光時間や制御電圧などによって変化するようになっている。具体的には、図４に示すように、露光時間が「ｔ1」〜「ｔ3」の順に短くなるほど、変曲点での出力信号値（以下、変曲出力信号値Ｈとする）と前記所定入射光量ｔｈとは「Ｉ」〜「III」の順に大きくなる。また、図５に示すように、制御電圧が「Ｖ1」〜「Ｖ3」の順に小さくなるほど、画素Ｇ11〜Ｇmnの変曲出力信号値Ｈは「ＩＶ」〜「ＶＩ」の順に大きくなる。なお、図４，図５中、「ａ1」〜「ａ3」，「ｂ」〜「ｄ」，「ａ」，「ｄ1」〜「ｄ3」はそれぞれ定数である。このうち、露光時間ｔ1〜ｔ3の駆動条件下での線形変換モードにおける入出力特性の傾きａ1〜ａ3は、当該露光時間ｔ1〜ｔ3に対して比例関係を有している。また、制御電圧Ｖ1〜Ｖ3の駆動条件下での対数変換モードにおける入出力特性の切片ｄ1〜ｄ3は、当該制御電圧Ｖ1〜Ｖ3に対して比例関係を有している。
【００３４】
これら画素Ｇ11〜Ｇmnのレンズ群１０側には、それぞれレッド（Red）、グリーン（Green）及びブルー（Blue）のうち何れか１色のフィルタ（図示せず）が配設されている。また、画素Ｇ11〜Ｇmnには、図２に示すように、電源ライン２０や信号印加ラインＬA1〜ＬAn，ＬB1〜ＬBn，ＬC1〜ＬCn、信号読出ラインＬD1〜ＬDmが接続されている。なお、画素Ｇ11〜Ｇmnには、クロックラインやバイアス供給ライン等のラインも接続されているが、図２ではこれらの図示を省略している。
【００３５】
信号印加ラインＬA1〜ＬAn，ＬB1〜ＬBn，ＬC1〜ＬCnは画素Ｇ11〜Ｇmnに対して信号φv，φVPS（図８参照）を与えるようになっている。これら信号印加ラインＬA1〜ＬAn，ＬB1〜ＬBn，ＬC1〜ＬCnには、垂直走査回路２１が接続されている。この垂直走査回路２１は、後述の信号生成部４８（図１参照）からの信号に基づいて信号印加ラインＬA1〜ＬAn，ＬB1〜ＬBn，ＬC1〜ＬCnに信号を印加するものであり、信号を印加する対象の信号印加ラインＬA1〜ＬAn，ＬB1〜ＬBn，ＬC1〜ＬCnをＸ方向に順次切り換えるようになっている。
【００３６】
信号読出ラインＬD1〜ＬDmには、各画素Ｇ11〜Ｇmnで生成された電気信号が導出されるようになっている。これら信号読出ラインＬD1〜ＬDmには定電流源Ｄ1〜Ｄm及び選択回路Ｓ1〜Ｓmが接続されている。
定電流源Ｄ1〜Ｄmの一端（図中下側の端部）には、直流電圧ＶPSが印加されるようになっている。
【００３７】
選択回路Ｓ1〜Ｓmは、各信号読出ラインＬD1〜ＬDmを介して画素Ｇ11〜Ｇmnから与えられるノイズ信号と撮像時の電気信号とをサンプルホールドするものである。これら選択回路Ｓ1〜Ｓmには、水平走査回路２２及び補正回路２３が接続されている。水平走査回路２２は、電気信号をサンプルホールドして補正回路２３に送信する選択回路Ｓ1〜Ｓmを、Ｙ方向に順次切り換えるものである。また、補正回路２３は、選択回路Ｓ1〜Ｓmから送信されるノイズ信号及び撮像時の電気信号に基づき、当該電気信号からノイズ信号を除去するものである。
【００３８】
なお、選択回路Ｓ1〜Ｓm及び補正回路２３としては、特開平２００１−２２３９４８号公報に開示のものを用いることができる。また、本実施の形態においては、選択回路Ｓ1〜Ｓmの全体に対して補正回路２３を１つのみ設けることとして説明するが、選択回路Ｓ1〜Ｓmのそれぞれに対して補正回路２３を１つずつ設けることとしても良い。
【００３９】
以上の撮像素子２には、図１に示すように、アンプ１２及びＡＤコンバータ１３を介して、黒基準設定部１４及び信号処理部３がこの順に接続されている。
【００４０】
黒基準設定部１４は、デジタル信号の最低レベルを設定するものである。
信号処理部３は、対数変換モードによって撮像素子２から出力される電気信号に対して信号処理を行うものであり、図６に示すように、線形化部３６、セレクタ３５及び出力部３１ｃを備えている。なお、図６では、ＡＤコンバータ１３や制御装置４６等の図示を省略している。
【００４１】
線形化部３６は、複数の第１〜第４変換テーブル３６ａ〜３６ｄを備えている。
これら第１〜第４変換テーブル３６ａ〜３６ｄは、本発明における特性変換部であり、図３に矢印Ｚで示すように、撮像素子２から出力される電気信号のうち、対数変換モード由来の電気信号を線形変換モード由来の状態に特性変換するようになっている。
【００４２】
また、第１〜第４変換テーブル３６ａ〜３６ｄは、画素Ｇ11〜Ｇmnの各駆動条件の変域、本実施の形態においては各駆動条件の値によって規定された第１〜第４駆動条件に対応付けられている。具体的には、第１変換テーブル３６ａは、画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間がｔ1で温度がＫ1の第１駆動条件に対応している。また、第２変換テーブル３６ｂは、露光時間がｔ2で温度がＫ1の第２駆動条件に対応している。また、第３変換テーブル３６ｃは、露光時間がｔ1で温度がＫ2の第３駆動条件に対応している。また、第４変換テーブル３６ｄは、露光時間がｔ2で温度がＫ2の第４駆動条件に対応している。
【００４３】
これら第１〜第４変換テーブル３６ａ〜３６ｄの変換特性は、画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間及び温度が第１〜第４駆動条件である場合に当該画素Ｇ11〜Ｇmnから対数変換モードで出力される電気信号が正確に線形変換モード由来の状態となるように設定されている。具体的には、例えば第１，第２変換テーブル３６ａ，３６ｂの変換特性は、図７（ａ），（ｂ）に示すように、撮像時における画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間がｔ1，ｔ2、温度がＫ1である場合に当該画素Ｇ11〜Ｇmnから対数変換モードで出力される電気信号が正確に線形変換モード由来の状態となるように設定されている。このような第１〜第４変換テーブル３６ａ〜３６ｄの変換特性は、実験や理論計算により求めることができる。
【００４４】
セレクタ３５は、画素Ｇ11〜Ｇmnからの電気信号と前記変曲出力信号値Ｈとの大小を判別し、画素Ｇ11〜Ｇmnからの電気信号が前記変曲出力信号値Ｈ以下の場合には、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号を出力部３１ｃに出力するようになっている。また、このセレクタ３５は、画素Ｇ11〜Ｇmnからの電気信号が前記変曲出力信号値Ｈより大きい場合、つまり対数変換モード由来の電気信号が画素Ｇ11〜Ｇmnから出力される場合には、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号を線形化部３６の何れか１つの変換テーブル３６ａ〜３６ｄに出力するようになっている。具体的には、セレクタ３５は、露光時間及び温度が前記第１駆動条件を満たす場合には画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号を第１変換テーブル３６ａに、前記第２駆動条件を満たす場合には第２変換テーブル３６ｂに、前記第３駆動条件を満たす場合には第３変換テーブル３６ｃに、前記第４駆動条件を満たす場合には第４変換テーブル３６ｄに、出力するようになっている。
【００４５】
出力部３１ｃは、セレクタ３５または第１〜第４変換テーブル３６ａ〜３６ｄから入力される電気信号を出力するものである。
【００４６】
この信号処理部３には、図１に示すように、変曲信号導出部３４及び画像処理部４がそれぞれ接続されている。
【００４７】
変曲信号導出部３４は、画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間情報及び温度情報と、画素情報とに基づいて前記変曲出力信号値Ｈを導出するものであり、本実施の形態においては、これらの情報の入力によって変曲出力信号値Ｈを導出するルックアップテーブル３４ａを備えている。なお、画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間情報とは、露光時間についての情報であり、温度情報とは、温度についての情報である。また、画素情報としては、各画素Ｇ11〜ＧmnのＩＤナンバー等の固有情報や、撮像素子中での位置情報などが用いられている。
【００４８】
画像処理部４は、画素Ｇ11〜Ｇmnからの電気信号全体によって構成される画像データに対して画像処理を行うものであり、ＡＷＢ（Auto White Balance）処理部４０、色補間部４１、色補正部４２、階調変換部４３及び色空間変換部４４を備えている。これらＡＷＢ処理部４０、色補間部４１、色補正部４２、階調変換部４３及び色空間変換部４４は、信号処理部３に対してこの順に接続されている。
【００４９】
ＡＷＢ処理部４０は画像データに対してホワイトバランス処理を行うものであり、色補間部４１は、同色の前記フィルタが設けられた複数の近接画素からの電気信号に基づいて、これら近接画素間に位置する画素について、この色の電気信号を補間演算するものである。色補正部４２は画像データの色合いを補正するものであり、より詳細には、各色の電気信号を他の色の電気信号に基づき画素Ｇ11〜Ｇmnごとに補正するものである。階調変換部４３は画像データの階調変換を行うものであり、色空間変換部４４はＲＧＢ信号をＹＣｂＣｒ信号に変換するものである。
【００５０】
また、信号処理部３には、評価値算出部５及び制御装置４６がこの順に接続されている。
評価値算出部５は、ＡＷＢ処理部４０でのホワイトバランス処理（ＡＷＢ処理）に用いられるＡＷＢ評価値や、露光制御処理部４７での露出制御処理（ＡＥ処理）に用いられるＡＥ評価値を算出するものである。
【００５１】
制御装置４６は、撮像装置１の各部を制御するものであり、上述のアンプ１２、黒基準設定部１４、信号処理部３、変曲信号導出部３４、ＡＷＢ処理部４０、色補間部４１、色補正部４２、階調変換部４３及び色空間変換部４４と接続されている。また、制御装置４６は、露光制御処理部４７を介して絞り１１と接続され、信号生成部４８を介して撮像素子２及びＡＤコンバータ１３と接続されている。
【００５２】
続いて、本実施の形態における画素Ｇ11〜Ｇmnについて説明する。
各画素Ｇ11〜Ｇmnは、図８に示すように、フォトダイオードＰ及びトランジスタＴ1〜Ｔ3を備えている。なお、トランジスタＴ1〜Ｔ3は、バックゲートの接地されたＮチャネルのＭＯＳトランジスタである。
【００５３】
フォトダイオードＰには、レンズ群１０及び絞り１１を通過した光が当たるようになっている。このフォトダイオードＰのカソードＰkには直流電圧ＶPDが印加されており、アノードＰAにはトランジスタＴ1のドレインＴ1D及びゲートＴ1Gと、トランジスタＴ2のゲートＴ2Gとが接続されている。
【００５４】
トランジスタＴ1のソースＴ1Sには信号印加ラインＬC（図２のＬC1〜ＬCnに相当）が接続されており、この信号印加ラインＬCから信号φVPSが入力されるようになっている。ここで、信号φVPSは２値の電圧信号であり、より詳細には、入射光量が所定値を超えたときにトランジスタＴ1をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧値ＶＨと、トランジスタＴ1を導通状態にする電圧値ＶＬとの２つの値をとるようになっている。
【００５５】
また、トランジスタＴ2のドレインＴ2Dには直流電圧ＶPDが印加されており、トランジスタＴ2のソースＴ2Sは行選択用のトランジスタＴ3のドレインＴ3Dに接続されている。
【００５６】
このトランジスタＴ3のゲートＴ3Gには信号印加ラインＬA（図２のＬA1〜ＬAnに相当）が接続されており、この信号印加ラインＬAから信号φVが入力されるようになっている。また、トランジスタＴ3のソースＴ3Sは信号読出ラインＬD（図２のＬD1〜ＬDmに相当）に接続されている。
【００５７】
なお、以上のような画素Ｇ11〜Ｇmnとしては、特開２００２−７７７３３号公報に開示のものを用いることができる。
【００５８】
ここで、上述の図４で示したように露光時間が短くなるほど線形変換モードの割合が大きくなるのは、露光時間が短くなるほど、トランジスタＴ2のゲートＴ2GとソースＴ2Sとの間のポテンシャルの差が大きくなり、トランジスタＴ2がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合、つまり線形変換する被写体輝度の割合が大きくなるためである。また、図４では図示していないが、撮像素子２に対する制御電圧、つまり、信号φVPSの電圧値ＶＬ，ＶＨの差が大きくなる場合や、温度が低くなる場合にも、線形変換する被写体輝度の割合は大きくなる。そのため、これら制御電圧や露光時間、温度などを変化させることによって、画像信号のダイナミックレンジや、前記変曲点での前記所定入射光量ｔｈ，前記変曲出力信号値Ｈを制御することができる。具体的には、例えば、被写体の輝度範囲が狭い場合には電圧値ＶＬを低くして線形変換する輝度範囲を広くするとともに、被写体の輝度範囲が広い場合には電圧値ＶＬを高くして対数変換する輝度範囲を広くすることで、画素Ｇ11〜Ｇmnの光電変換特性を被写体の特性に合わせることができる。更に、電圧値ＶＬを最小とするときには常に画素Ｇ11〜Ｇmnを線形変換する状態とし、電圧値ＶＬを最大とするときには常に画素Ｇ11〜Ｇmnを対数変換する状態とすることもできる。
【００５９】
続いて、撮像装置１の撮像動作について、図９を参照しながら説明する。
まず、撮像素子２が各画素Ｇ11〜Ｇmnへの入射光を光電変換し、線形変換モードまたは対数変換モード由来の電気信号をアナログ信号として出力する。具体的には、各画素Ｇ11〜Ｇmnが信号読出ラインＬDに電気信号を出力すると、この電気信号を定電流源Ｄが増幅し、選択回路Ｓが順にサンプルホールドする。そして、サンプルホールドされた電気信号が選択回路Ｓから補正回路２３に送出されると、補正回路２３がノイズを除去して電気信号を出力する。
【００６０】
次に、この電気信号がアンプ１２、ＡＤコンバータ１３、黒基準設定部１４を介して信号処理部３のセレクタ３５に送信される。また、制御装置４６から撮像素子２の各画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間情報及び温度情報と、画素情報とがセレクタ３５及び変曲信号導出部３４に送信される。更に、露光時間情報及び温度情報と、画素情報とに基づいて変曲信号導出部３４のルックアップテーブル３４ａで導出された変曲出力信号値Ｈがセレクタ３５に送信される（ステップＲ１）。
【００６１】
このように、ルックアップテーブル３４ａが露光時間情報、温度情報及び画素情報に基づいて変曲出力信号値Ｈを導出するので、変曲出力信号値Ｈの導出が正確に行われる。また、ルックアップテーブル３４ａによって変曲出力信号値Ｈを導出するので、演算によって導出する場合と比較して、変曲信号導出部３４の構成が簡素化されるとともに、導出処理が高速化される。
【００６２】
次に、セレクタ３５は、変曲出力信号値Ｈと画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号の信号値との大小を比較し（ステップＲ２）、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号が変曲出力信号値Ｈ以下である場合（ステップＲ２；Ｙｅｓ）には、出力部３１ｃを介して画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号をそのまま出力する（ステップＲ３）。
【００６３】
また、ステップＲ２において画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号が変曲出力信号値Ｈより大きい場合（ステップＲ２；Ｎｏ）には、セレクタ３５は画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間及び温度が前記第１駆動条件を満たすか否かを判別し（ステップＲ４）、満たす場合（ステップＲ４；Ｙｅｓ）には画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号に対して第１変換テーブル３６ａに特性変換を行わせた後（ステップＲ５）、出力部３１ｃを介して特性変換後の電気信号を出力する（ステップＲ６）。
【００６４】
また、ステップＲ４において露光時間及び温度が前記第１駆動条件を満たさない場合（ステップＲ４；Ｎｏ）には、セレクタ３５は露光時間及び温度が前記第２駆動条件を満たすか否かを判別し（ステップＲ７）、露光時間及び温度が前記第２駆動条件を満たす場合（ステップＲ７；Ｙｅｓ）には、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号に対して第２変換テーブル３６ｂに特性変換を行わせた後（ステップＲ８）、出力部３１ｃを介して特性変換後の電気信号を出力する（ステップＲ９）。
【００６５】
また、ステップＲ７において露光時間及び温度が前記第２駆動条件を満たさない場合（ステップＲ７；Ｎｏ）には、セレクタ３５は露光時間及び温度が前記第３駆動条件を満たすか否かを判別し（ステップＲ１０）、露光時間及び温度が前記第３駆動条件を満たす場合（ステップＲ１０；Ｙｅｓ）には、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号に対して第３変換テーブル３６ｃに特性変換を行わせた後（ステップＲ１１）、出力部３１ｃを介して特性変換後の電気信号を出力する（ステップＲ１２）。
【００６６】
また、ステップＲ１０において露光時間及び温度が前記第３駆動条件を満たさない場合（ステップＲ１０；Ｎｏ）には、セレクタ３５は露光時間及び温度が前記第４駆動条件を満たすものとして、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号に対して第４変換テーブル３６ｄに特性変換を行わせた後（ステップＲ１３）、出力部３１ｃを介して特性変換後の電気信号を出力する（ステップＲ１４）。
【００６７】
次に、信号処理部３から出力される電気信号に基づいて評価値算出部５が前記ＡＷＢ評価値，ＡＥ評価値を算出する。
次に、算出されたＡＥ評価値に基づいて制御装置４６が露光制御処理部４７を制御し、撮像素子２に対する露光量を調節させる。
また、ＡＷＢ評価値や、前記黒基準設定部１４で設定された前記最低レベル等に基づいて制御装置４６がＡＷＢ処理部４０を制御し、信号処理部３から出力される画像データに対してホワイトバランス処理を行わせる。
【００６８】
そして、ＡＷＢ処理部４０から出力される画像データに基づいて色補間部４１、色補正部４２、階調変換部４３及び色空間変換部４４がそれぞれ画像処理を行った後、画像データを出力する。
【００６９】
以上の撮像装置１によれば、画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間及び温度などの駆動条件によって当該画素Ｇ11〜Ｇmnの入出力特性が変動する場合であっても、この画素Ｇ11〜Ｇmnから出力される電気信号の特性変換を、撮像時の駆動条件に対応する第１〜第４変換テーブル３６ａ〜３６ｄで行うので、電気信号を正確に線形変換モード由来の状態に統一することができる。
【００７０】
また、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号が対数変換モード由来の電気信号である場合にのみ、信号処理部３が特性変換を行うので、出力信号が線形変換モード由来の電気信号である場合、つまり、対数変換モード由来の電気信号を線形変換モード由来の状態に変換する必要のない場合には、特性変換が行われない。従って、無駄に信号処理を行う手間を省くことができるため、処理を高速化することができる。
【００７１】
また、複数の画素Ｇ11〜Ｇmnに対して信号処理部３を１つのみ備えるので、各画素Ｇ11〜Ｇmnに対応付けて複数の信号処理部３を備える場合と比較して、撮像装置１の構成を簡素化することができる。
【００７２】
なお、上記の実施の形態においては、信号処理部３は１つのみ設けられていることとして説明したが、各画素Ｇ11〜Ｇmnに対応付けて複数設けられることとしても良い。
また、撮像素子２の駆動条件として露光時間及び温度を用いることとして説明したが、制御電圧を用いることとしても良い。
【００７３】
また、信号処理部３は１つのみ設けられていることとして説明したが、各画素Ｇ11〜Ｇmnに対応付けて複数設けられることとしても良い。この場合には、画素Ｇ11〜Ｇmnごとに光電変換の変換特性が異なる場合であっても、電気信号全体を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる。
【００７４】
また、本発明における特性変換部を、対数変換モード由来の電気信号を線形変換によって生成された状態に特性変換する第１〜第４変換テーブル３６ａ〜３６ｄとして説明したが、線形変換モード由来の電気信号を対数変換モード由来の状態に特性変換するものとしても良い。
【００７５】
また、変曲信号導出部３４は、駆動条件と画素情報とに基づいて変曲出力信号値Ｈを導出することとして説明したが、駆動条件のみに基づいて導出することとしても良い。また変曲信号導出部３４は、変曲出力信号値Ｈを導出するルックアップテーブル３４ａを備えることとして説明したが、変曲出力信号値Ｈを導出する演算器を備えることとしても良い。
【００７６】
また、信号処理部３は、第１〜第４変換テーブル３６ａ〜３６ｄによって特性変換を行うこととして説明したが、指数変換する等の演算によって行うこととしても良い。
【００７７】
また、画素Ｇ11〜Ｇmnは図８のような構成を有することとして説明したが、線形変換モードと対数変換モードとを切り換え可能であれば、例えば上述の特許文献１に示されるような構成を有することとしても良い。
【００７８】
更に、各画素Ｇ11〜ＧmnにＲＧＢフィルタを設けることとして説明したが、シアン（Cyan）、マゼンタ（Magenta）及びイエロー（Yellow）などの他の色フィルタを設けることとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図３】画素及び線形化部の動作を説明するための図である。
【図４】露光時間と変曲点との関係を示す図である。
【図５】制御電圧と変曲点との関係を示す図である。
【図６】信号処理部を示すブロック図である。
【図７】第１，第２変換テーブルを示す図である。
【図８】画素の構成を示す回路図である。
【図９】特性変換の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
１          撮像装置
２          撮像素子
３          信号処理部
３４        変曲信号導出部
３４ａ      ルックアップテーブル
３６ａ      第１変換テーブル（特性変換部）
３６ｂ      第２変換テーブル（特性変換部）
３６ｃ      第３変換テーブル（特性変換部）
３６ｄ      第４変換テーブル（特性変換部）
Ｇ11〜Ｇmn  画素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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